Automašīnas sadursmes fizika

Automašīnas avārijas laikā enerģija no transportlīdzekļa tiek pārnesta uz jebkuru citu, ar kādu tā saskaras, vai tas būtu cits transportlīdzeklis vai stāvošs objekts. Šī enerģijas pārnešana atkarībā no mainīgajiem lielumiem, kas maina kustības stāvokļus, var izraisīt ievainojumus un sabojāt automašīnas un īpašumu. Pārsteigtais priekšmets vai nu absorbēs uz tā esošo enerģijas vilci, vai arī, iespējams, nodos šo enerģiju atpakaļ transportlīdzeklim, kurš to pārsteidza. Koncentrēšanās uz atšķirību starp spēks un enerģija var palīdzēt izskaidrot iesaistīto fiziku.

Automašīnu avārijas ir skaidri piemēri tam Ņūtona kustības likumi darbs. Viņa pirmais kustības likums, ko dēvē arī par inerces likumu, apgalvo, ka kustīgais objekts paliks kustībā, ja vien uz to nedarbosies ārējs spēks. Un otrādi, ja objekts atrodas miera stāvoklī, tas paliek miera stāvoklī, līdz uz to iedarbojas nesabalansēts spēks.

Apsveriet situāciju, kurā automašīna A saduras ar statisku, neplīstošu sienu. Situācija sākas ar automašīnu A, kas pārvietojas ar ātrumu (v

Automašīna pieliek šo spēku sienas virzienā, bet statiskā un neplīstošā siena pieliek tādu pašu spēku atpakaļ automašīnai atbilstoši Ņūtona trešajam kustības likumam. Šis vienlīdzīgais spēks izraisa automašīnas akordeona veidošanos sadursmju laikā.

Ir svarīgi atzīmēt, ka tas ir idealizēts modelis. Automašīnas A gadījumā, ja tā iegrimst sienā un tūlīt nonāk pieturā, tas būtu a perfekti neelastīga sadursme. Tā kā siena vispār nesalauž un nepārvietojas, pilnam automašīnas spēkam sienā ir kaut kur jāiet. Vai nu siena ir tik masīva, ka paātrina, vai arī pārvieto nepazīstamu daudzumu, vai arī tā nemaz nepārvietojas, tādā gadījumā sadursmes spēks iedarbojas uz automašīnu un visu planētu, no kurām pēdējais acīmredzami ir tik milzīgs, ka sekas ir niecīgs.

Situācijā, kad automašīna B saduras ar automašīnu C, mums ir dažādi spēka apsvērumi. Pieņemot, ka automašīna B un automašīna C ir savstarpēji pilnīgi spoguļi (atkal šī ir ļoti idealizēta situācija), tie saduras viens ar otru, dodoties tieši tajā pašā ātrums bet pretējos virzienos. No impulsa saglabāšanas mēs zinām, ka viņiem abiem ir jāatstāj atpūta. Masa ir vienāda, tāpēc spēks, ko izjūt automašīnas B un automašīna C, ir identisks, kā arī identisks tam, kas iedarbojas uz automašīnu iepriekšējā piemērā A gadījumā.

Tas izskaidro sadursmes spēku, bet ir otra jautājuma daļa: enerģija sadursmē.

Spēks ir a vektors daudzums kamēr kinētiskā enerģija ir skalārā daudzuma, aprēķina pēc formulas K = 0,5mv². Iepriekš otrajā situācijā katrai automašīnai ir kinētiskā enerģija K tieši pirms sadursmes. Sadursmes beigās abas automašīnas atrodas miera stāvoklī, un sistēmas kopējā kinētiskā enerģija ir 0.

Tā kā tie ir neelastīgas sadursmes, kinētiskā enerģija netiek saglabāta, bet kopējā enerģija vienmēr tiek saglabāta, tāpēc sadursmē "zaudētā" kinētiskā enerģija jāpārveido citā formā, piemēram, karstumā, skaņā utt.

Pirmajā piemērā, kurā pārvietojas tikai viena automašīna, sadursmes laikā atbrīvotā enerģija ir K. Tomēr otrajā piemērā divas ir automašīnas, kas pārvietojas, tātad kopējā sadursmes laikā atbrīvotā enerģija ir 2K. Tātad avārija B gadījumā ir acīmredzami enerģiskāka nekā A gadījums.

Apsveriet galvenās atšķirības starp abām situācijām. Pie kvantu līmenis daļiņu, enerģijas un matērijas pamatā var apmainīties starp stāvokļiem. Automašīnas sadursmes fizika nekad, neatkarīgi no tā, cik enerģiska, neizstaros pilnīgi jaunu automašīnu.

Abos gadījumos automašīna piedzīvos tieši tādu pašu spēku. Vienīgais spēks, kas iedarbojas uz automašīnu, ir pēkšņs ātruma samazinājums no v līdz 0 īsā laika posmā, kas notiek sadursmes ar citu priekšmetu dēļ.

Tomēr, apskatot kopējo sistēmu, sadursme situācijā ar divām automašīnām izdala divreiz vairāk enerģijas nekā sadursme ar sienu. Tas ir skaļāks, karstāks un, iespējams, messier. Visticamāk, automašīnas ir saplūdušas viena otrai, pa gabaliņiem lidojot nejaušos virzienos.

Tāpēc fiziķi paātrina daļiņas sadursmē, lai pētītu fiziku ar lielu enerģiju. Divu daļiņu staru sadursme ir noderīga, jo daļiņu sadursmēs jums nav īsti rūp daļiņu spēks (kuru jūs nekad īsti nemērāt); tā vietā jums rūp daļiņu enerģija.

Daļiņu paātrinātājs paātrina daļiņas, bet to dara ar ļoti reālu ātruma ierobežojumu, ko nosaka gaismas barjeras ātrums no Einšteina relativitātes teorija. Lai izspiestu papildu enerģiju no sadursmēm, tā vietā, lai sadurstu gandrīz gaismas ātruma daļiņu staru ar stāvošam objektam, labāk to sadurt ar citu gandrīz gaismas ātruma daļiņu starojumu, virzoties pretēji virziens.

Raugoties no daļiņu viedokļa, tās tik daudz “nesaraujas vairāk”, bet, saduroties abām daļiņām, izdalās vairāk enerģijas. Daļiņu sadursmēs šī enerģija var izpausties kā citas daļiņas, un jo vairāk enerģijas jūs izvilksit no sadursmes, jo eksotiskākas būs daļiņas.